структура и свойства бездиффузионных спаев

Структура и свойства бездиффузионных спаев

Металлографические, рентгеноспектральные и рентге-ноструктурные исследования спаев позволили экспериментально подтвердить возможность бездиффузионных спаев и установить их свойства.

В начальный период взаимодействия между основным металлом и припоем в плоскости контакта между ними связи возникают лишь в отдельных точках. Прочность таких точечных спаев незначительна и разрушение их происходит без значительных усилий. После разрушения на поверхности основного металла обычно не остается следов припоя. С увеличением продолжительности взаимодействия твердого и жидкого металлов при температуре пайки число образующихся связей увеличивается и прочность их возрастает. При металлографическом исследовании таких спаев можно видеть, что непрерывной связи в зоне контакта основного металла и припоя нет.

Приведена микроструктура бездиффузионного спая, полученного при напылении никеля на железо. Для сравнения приведена микроструктура шва при пайке железа никелем с обычными выдержками.

Плазменное напыление производилось независимой дуговой плазмой, расстояние между срезом сопла и поверхностью основного металла выбирали таким, чтобы частицы падали в расплавленном состоянии, но без существенного перегрева. Как показывает микроструктура, между железом и никелем в случае бездиффузионного спая имеется резкая граница раздела, а в отдельных местах отсутствует спай, т. е. соединение имеется лишь в отдельных точках.

Плазменное напыление для изучения бездиффузионного спая использовано в связи с трудностями исследования микроструктур, паяных соединений, полученных низкотемпературной пайкой.

Микрорентгеноспектральный анализ бездиффузионных спаев, полученных при пайке и напылении, показал, что на границе фаз наблюдается скачкообразное падение концентрации исследуемого компонента.

Как можно видеть, концентрация никеля и олова при переходе от основного металла к зоне шва резко падает со 100% до нуля.

Как видно из таблицы, при выдержке до 30 с диффузия олова в железо не происходит. Диффузия железа в расплав олова не наблюдается при пайке без выдержки. Если снижать температуру пайки, то отсутствие растворения (диффузия железа в расплав олова) наблюдается и при более длительной выдержке в процессе пайки.

Экспериментально установлено, что минимальная температура, при которой можно получать бездиффузионные спаи между железом и оловом с применением в качестве флюса семикарбазида, составляет 240° С.

Особенностью бездиффузионных спаев является отсутствие некоторых фаз, образующихся в этой системе в равновесных условиях. Как известно, в системе железо - олово образуются интерметаллиды Fe₃Sn, Fe₃Sn₂, FeSn и FeSn₂. На рис. 50 приведена дифрактограмма бездиффузионного спая в системе железо - олово, полученного при 240° С. Как видно из дифрактограммы, в зоне спая интерметаллиды не обнаруживаются.

Бездиффузионные спаи основное значение могут иметь в тех случаях, когда необходимо максимально сохранить неизменными свойства подложки, например при пайке металлов высокой чистоты и полупроводников.

Пайка печатных плат и приборов

структура и свойства бездиффузионных спаев